一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電容器電極材料領(lǐng)域，特別是涉及一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器(Supercapacitors)，又名電化學電容器(ElectrochemicalCapacitors)，是20世紀七、八十年代發(fā)展起來的一種新型能量存儲器件，通過形成雙電層或發(fā)生法拉第反應(yīng)來進行能量存儲。與靜電電容器相比，超級電容器的儲能上限容量上升了 3?4數(shù)量級，填補了傳統(tǒng)的靜電電容器和電池兩類儲能裝置之間的空白。
[0003]在超級電容器采用的電極材料中，因過渡族金屬氧化物，如:Ru02、Mn02、N1、Co304、Fe304、V0X#,具有相對于碳基材料和導電聚合物材料有較高的理論比容量和高的能量密度等，而被廣泛關(guān)注。氧化鎳由于其優(yōu)異的性能和低廉的價格成為研究電極材料的熱點。氧化鎳電極材料比電容比較高。氧化鈷也是一種性能優(yōu)異的廉價替代物。將氧化鎳和氧化鈷復合起來的電極材料，比電容和循環(huán)穩(wěn)定性都大于各自氧化物的性能。而NiCo204比鈷氧化物或鎳氧化物的導電性高兩個數(shù)量級左右。同時鎳離子和鈷離子這兩種活性離子存在使得NiCo204比鈷氧化合物或鎳氧化合物提供更多的氧化還原反應(yīng)能力，可以儲存更多的能量。
[0004]目前NiCo204的制備方法多采用無模板法，制備出的材料具有納米森林狀、海膽狀、花狀等等，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，且利用現(xiàn)有方法制備出的NiCo204電極材料在后續(xù)測量電化學時，需要制作樣品，比較費時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳的制備方法，能制備結(jié)晶性能好，純度高，具有良好電化學性能，用在超級電容器電極材料中，比電容可達970F/g的球狀納米NiCo204材料。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0007](1)將長方形的泡沫鎳，依次用丙酮、去離子水、乙醇、去離子水按先后順序各超聲洗滌10分鐘，然后置于鼓風干燥箱中烘干得到泡沫鎳模板；
[0008](2)將所述步驟(1)得到的泡沫鎳模板對折成互相垂直的兩個正方形泡沫鎳模板，用膠帶纏滿覆蓋其中任意一塊正方形泡沫鎳模板，另外一塊正方形泡沫鎳模板暴露在空氣中；
[0009](3)將Co (N03) 2 -6H20和Ni (N03) 2 -6H20溶于一定量的去離子水中形成溶液，將稱量氟化銨與尿素按先后順序倒入所述溶液中，機械攪拌15分鐘成為均一的粉紅色溶液；
[0010](4)將所述步驟(3)的粉紅色溶液倒入不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中；
[0011](5)取所述步驟(2)處理后的泡沫鎳模板，放入所述步驟(4)的反應(yīng)釜中，纏滿膠帶的正方形泡沫鎳模板浮出反應(yīng)釜的溶液液面，另一端正方形泡沫鎳模板則直立在反應(yīng)釜的溶液里，作為承載電極材料的模板；
[0012](6)將所述步驟(5)中的反應(yīng)釜置于鼓風干燥箱中，120°C下反應(yīng)6h，冷卻至室溫，取出樣品，經(jīng)多次洗滌干燥后，得到粉紅色含有鎳鈷元素的前驅(qū)體與泡沫鎳復合材料；
[0013](7)將所述步驟(6)得到的復合材料放入馬弗爐中，300°C煅燒3h，即得到用于超級電容器電極材料的球狀納米鈷酸鎳。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:由于采用泡沫鎳作為模板，可實現(xiàn)模板法制備納米鈷酸鎳，其操作簡單，條件溫和，易于控制，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明實施例制備的球狀納米鈷酸鎳材料的XRD圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例制備的生成的球狀納米鈷酸鎳材料的SEM圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例制備的生成的球狀納米鈷酸鎳材料的另一SEM圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實施例制備的生成的球狀納米鈷酸鎳電極材料的循環(huán)伏安圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實施例制備的生成的球狀納米鈷酸鎳電極材料的恒流充放電圖。
【具體實施方式】
[0021]下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0022]本發(fā)明實施例提供一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳(NiCo204)的制備方法，可實現(xiàn)模板法制備球狀納米鈷酸鎳，該方法包括以下步驟:
[0023](1)將長方形的泡沫鎳，依次用丙酮、去離子水、乙醇、去離子水按先后順序各超聲洗滌10分鐘，以徹底清潔泡沫鎳，去除泡沫鎳上的氧化層和雜質(zhì)，使鈷酸鎳可以更好的在泡沫鎳上負載，然后置于鼓風干燥箱中烘干得到泡沫鎳模板；
[0024](2)將步驟(1)得到的泡沫鎳模板對折成互相垂直的兩個正方形泡沫鎳模板，用膠帶纏滿覆蓋其中任意一塊正方形泡沫鎳模板，另外一塊正方形泡沫鎳模板暴露在空氣中；優(yōu)選的，膠帶采用聚四氟乙烯膠帶。
[0025](3)將Co (N03) 2.6H20和Ni (N03) 2.6H20溶于一定量的去離子水中形成溶液，將稱量氟化銨與尿素按先后順序倒入溶液中，機械攪拌15分鐘成為均一的粉紅色溶液；優(yōu)選的，Co (N03) 2.6H20和Ni (N03) 2.6H20的鈷鎳摩爾比為2:1。優(yōu)選的，每lmmol的Ni (N03) 2.6H20，去離子水的用量為17.5ml。
[0026](4)將步驟(3)的粉紅色溶液倒入不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中；
[0027](5)取步驟⑵處理后的泡沫鎳模板，放入步驟⑷的反應(yīng)釜中，在浮力作用下，纏滿膠帶的正方形泡沫鎳模板浮出反應(yīng)釜的溶液液面，另一端正方形泡沫鎳模板則直立在反應(yīng)釜的溶液里，作為承載電極材料的模板；
[0028](6)將步驟(5)中的反應(yīng)釜置于鼓風干燥箱中，120°C下反應(yīng)6h，冷卻至室溫，取出樣品，經(jīng)多次洗滌干燥后，得到粉紅色含有鎳鈷元素的前驅(qū)體與泡沫鎳復合材料；
[0029](7)將步驟(6)得到的復合材料放入馬弗爐中，300°C煅燒3h，即得到用于超級電容器電極材料的球狀納米鈷酸鎳(NiCo204)。優(yōu)選的，復合材料在馬弗爐中進行300°C煅燒3h是在空氣中進行。
[0030]上述方法在制備之前加入泡沫鎳模板，配合水熱法使材料生長在泡沫鎳模板上，制得能用于超級電容器電極材料高質(zhì)量球狀納米NiCo204材料，該方法不僅操作簡單，產(chǎn)物容易獲得，而且制得的NiCo204材料比表面積更高，粒徑更小。
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的方法作進一步說明。
[0032]實施例一
[0033]本實施例提供一種用于超級電容器電極材料的納米鈷酸鎳(NiCo204)的制備方法，包括以下步驟:
[0034](1)將泡沫鎳裁成2cmXlcm的長方形，依次用丙酮、去離子水、乙醇、去離子水先后順序各超聲洗滌10分鐘，然后置于鼓風干燥箱中烘干；
[0035](2)將步驟(1)中得到的長方形泡沫鎳，對折成互相垂直的兩個lcmX 1cm正方形，用PTFE膠帶繞將其中的任意一個正方形泡沫鎳區(qū)域纏緊、覆蓋，另外一端的lcmX lcm泡沫鎳暴露空氣中；
[0036](3)將 1.16g Co (N03) 2.6H20 和 0.58g Ni (N03) 2.6H20 溶于 35ml 的去離子水，再分別稱量0.lg的氟化銨，lg的尿素，按先后順序倒入上述混合溶液，然后機械攪拌15分鐘后，變?yōu)榫坏姆奂t色溶液；
[0037](4)步驟(3)得到的溶液倒入容量為50ml的不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中；
[0038](5)取步驟⑵得到的泡沫鎳基底，放入步驟⑷的反應(yīng)釜中，由于浮力的作用，纏滿聚四氟乙烯膠帶的一部分就會浮出液面，不會作為生成物的基底，而另一端則直立在溶液里，作為承載電極材料的部分；
[0039](6)將步驟(5)的反應(yīng)釜置于鼓風干燥箱中，120°C下反應(yīng)8h，冷卻至室溫；
[0040](7)將步驟(6)得到的樣品，經(jīng)多次洗滌干燥后，得到粉紅色含有鎳鈷元素的前驅(qū)體/泡沫鎳復合材料；
[0041](8)將步驟(7)得到的復合材料，放入馬弗爐中，300°C下煅燒3h，即得到用于超級電容器電極材料的球狀納米NiCo204材料。經(jīng)電化學測試表明，制得的NiCo 204材料的比電容為 970F/g ;
[0042]本實施例制備的納米鈷酸鎳材料表征結(jié)果如圖1?5所示。
[0043]圖1為生成的球狀納米鈷酸鎳材料的XRD圖；從圖1中可以看出生成的鈷酸鎳材料結(jié)晶性好，晶型完整。
[0044]圖2、3為生成的球狀納米鈷酸鎳材料的SEM圖；從